JPH0822749B2 - ガラスの製造方法 - Google Patents

ガラスの製造方法

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JPH0822749B2
JPH0822749B2 JP61087631A JP8763186A JPH0822749B2 JP H0822749 B2 JPH0822749 B2 JP H0822749B2 JP 61087631 A JP61087631 A JP 61087631A JP 8763186 A JP8763186 A JP 8763186A JP H0822749 B2 JPH0822749 B2 JP H0822749B2
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元幸 土岐
悟 宮下
宏仁 北林
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    • C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/006—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels to produce glass through wet route
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ゾル−ゲル法により、大型かつ高品質のガ
ラスを得るために最適な製造方法に関する。
〔従来の技術〕
従来からゾル−ゲル法による石英ガラスの製造方法が
何例か報告されている。((1)野上、中谷らJournal
of Non−Crystalline Solids、37、191(1980)
(2)ラビ−ノビッヒら、Journal of Non−Crystallin
e Solids、47、435(1982) (3)土岐ら 特願昭58
−237577)なかでも土岐らの方法は、金属アルコキシド
の加水分解溶液中に、超微粉末シリカを均一に分散さ
せ、該分散液のpH値を3〜6に調製したゾルを用いて作
製した多孔性のドライゲルを焼結するという工程を有し
ており、他の2例では作製困難な大型の石英ガラス(例
えば15×15×0.5cm)を歩留りよく作製でき、ゾル−ゲ
ル法による石英ガラスの製造方法としては最もすぐれて
いると言える。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、従来の土岐らの製造方法では、焼結後得られ
た石英ガラス中に、金属イオン等の不純物、結晶、気
泡、不定形状の異物が含まれやすく、例えば、光ファイ
バ用母材やIC用フォトマスク基板等の特に高品質を要求
される用途に使用する場合、品質的に問題があった。
そこで、本発明は従来のこのような品質上の問題点を
解決するもので、その目的は、金属イオン等の不純物、
結晶、気泡、不定形状の異物のない均質で高品質なガラ
スを製造する方法を提供するところにある。
〔問題を解決するための手段〕
本発明は、アルキルシリケートを主原料とするゾル−
ゲル法によるガラスの製造方法において、 (1)アルキルシリケートを塩基性触媒により加水分解
させて得られる第1シリカ成分が分散した第1溶液と、
アルキルシリケートを酸性触媒により加水分解させて得
られる第2シリカ成分を有する第2溶液と、を所定割合
にて混合して調整したゾルをゲル化させてウェットゲル
を作成する第1工程と、 前記ウェットゲルを乾燥してドライゲルを作成する第
2工程と、 前記ドライゲルを焼結して透明ガラス体を作成する第
3工程と、を有し、 前記第1工程が以下の条件を全て満たしていることを
特徴とする。
a) 前記第1溶液中の第1シリカ成分の濃度は、0.05
g/ml以上であること。
b) 前記第1溶液と前記第2溶液とを、各溶液中のシ
リコン比で、20:80〜95:5の範囲の割合で混合するこ
と。
c) 前記ゾル中の有効シリカ成分は、0.10g/ml以上で
あること。
d) 前記ゾルのPH値を3以上の所定の値に調整した後
にゲル化させること。
e) 前記第1溶液及び前記第2溶液の原料を蒸留によ
り精製すること。
f) 前記ゾルを孔径100μm以下のフィルターにて少
なくとも1回はろ過する。
g) 前記第1溶液の作成、前記第2溶液の作成及び前
記ゾルの調整を清浄度クラス100以下の雰囲気で行なう
こと。
h) 前記ゾルに対して50〜10000Gの遠心力を与えてそ
の上澄液を用いることにより、または前記ゾルに対して
ゲル化前の工程中に少なくとも1回は減圧処理を施すこ
と。
(2)前記(1)中の第2工程において、以下の条件を
少なくとも1つは有することを特徴とする。
a) 10%以下の開孔率をもった容器中で行なうこと。
b) 減率乾燥期の初期あるいは、恒率乾燥期の末期に
乾燥容器の開孔率を小さくすること c) 乾燥容器の前記ゾルとの接触面を疎水性の材質あ
るいは、ゾルの表面張力より小さい臨界表面張力である
材質とすること。
d) 乾燥容器の前記ゾルとの接触面が平滑であるこ
と。
e) 室温から昇温速度120℃/hr以下で40−160℃の範
囲の温度まで昇温し行なうこと。
(3)前記(2)中の第2工程の少なくとも一部が40−
160℃の範囲の一定温度温度に保持されることを特徴と
する。
(4)前記(2)中の第2工程において一定温度に保持
した後、減率乾燥期の初期あるいは、恒率乾燥期の初期
に3−30℃降温し、以後前記一定温度に保持することを
特徴とする。
〔作用〕
本発明によれば、原料として高純度な液体原料を選べ
るので金属イオン等の不純物や、ゴミ、チリ、その他の
異物がなく、本質的に高品質なガラスを作製することが
できる。更に詳細まで言及すると、問題点を解決するた
めの手段第1項記載のb〜gおよび同第2項ないし4項
は、乾燥工程で割れにくい組成のウェットゲル作製、焼
結工程で割れにくい組成のウェットゲル作製、焼結工程
で割れにくい多孔性のドライゲル作製、歩留りよくドラ
イゲルを作製する熟成および乾燥方法などの条件であ
り、これらにより、大きなサイズのガラスまで歩留りよ
く経済的に作製できる。また、問題点を解決するための
手段第1項記載のa,h〜pにより、従来のものより、金
属イオン等の不純物、結晶、気泡、不定形状の異物が極
めて少ない。例えば、IC用フォトマスク基板等の特に高
品質化を要求される用途に用いることが可能である高品
質なガラスを容易に作製できる。したがって、これら問
題点を解決するための手段第1〜2項の条件を併用する
ことにより、極めて高品質なガラスをさらに安定して歩
留りよく製造できるものである。
〔実施例〕
大型の高品質ガラスの製造にかかる種々の条件につい
て以下の実施例で確認を行った。
第1液の調製 蒸留精製したエチルシリケート、蒸留精製したエタノ
ール、蒸留精製した水、および孔径0.2μmのメンブラ
ンフィルターにより濾過した市販電子工業用の最高グレ
ードの29%アンモニア水を、表1に示した組成で混合
し、4時間激しく撹拌した後冷暗所にて一晩静置し、シ
リカ微粒子を成長させた。このシリカ微粒子分散液を濃
縮した後、安定化のため、pH値を調整し、孔径10μmの
メンブランフィルターにより濾過し、第1液を調製し
た。
なお、得られた第1液A,B,C中のシリカ微粒子の平均
粒径は、光透過式の遠心沈降粒度分巾測定装置で測定し
たところ、それぞれ0.15μm、0.25μm、0.40μmであ
った。
第2液の調整 蒸留精製したエチルシリケート18.9と孔径0.2μm
のメンブランフィルターにより濾過した0.02規定の塩酸
6.15とを混合し、激しく撹拌し、加水分解反応を行な
い、第2液とした。なお、第2液は同様にして合計3バ
ッチ調整した。
ゾル調整 第1液Aと第2液の1バッチを混合し、その後孔径0.
8μmのメンブランフィルターにより濾過し、ゾルAを
調製した。
同様にして第1液Bと第2液の1バッチを混合し、そ
の後、孔径2.0μmのメンブランフィルターにより濾過
し、ゾルBを調製した。
同様にして第1液Cと第2液の1バッチを混合し、そ
の後、孔径30μmのメンブランフィルターにより濾過
し、ゾルCを調整した。
なお上記のゾルA,B,CのpH値と液温は、いずれもほぼ
等しく、それぞれ4.5,20℃であった。
なお、〜は清浄度クラス100のクリーンルーム内
で行なった。更にゾルに対して50〜10000Gの遠心力を与
えてその上澄液を用いることにより、または前記ゾルに
対してゲル化前の工程中に少なくとも1回は減圧処理を
施すことは、石英ガラス中の気泡、異物などの減少に有
効であり、石英ガラスの高品質化に寄与するものであ
る。
ゲル化〜乾燥 次に前記ゾルAを50個のポリプロピレン製の容器(内
寸で300×300×100mm)に900mlずつ注入し、フタをして
密閉状態でゲル化させ50個のウェットゲルを作製した。
同様にして前記ゾルBとゾルCから、各50個のウェッ
トゲルを作製した。
次に得られた150個のウェットゲルを密閉状態のまま
で30℃にて3日間熟成し、その後0.4%の開孔率をもつ
フタにとりかえ室温から65℃に昇温し、以後この温度に
保持し乾燥したところ10〜14日間で、大気中に放置して
も割れない安定なドライゲルが表2に示した歩留りで得
られた。なお、減率乾燥期の初期あるいは、恒率乾燥期
の末期に乾燥容器の開孔率を小さくしてもよい。また乾
燥容器の前記ゾルとの接触面が平滑であるとなおよい。
更に昇温速度に関し、室温から昇温速度120℃/hr以下で
40−160℃の範囲の温度まで昇温し行なうことがよい。
また昇温した際に40−160℃の範囲の一定温度温度に保
持するとよい。更に一定温度に保持した後、減率乾燥期
の初期あるいは、恒率乾燥期の初期に3−30℃降温し、
以後再び一定温度に保持するようにしてもよい。
焼結 前記3種のドライゲルを焼結炉に投入し、昇温速度30
℃/hrで30℃から200℃まで加熱し、この温度にて5時間
保持した後、300℃まで加熱し5時間保持し脱吸着水処
理を行なった。続いて昇温速度30℃/hrで300℃から700
℃まで加熱し、この温度にて20時間保持した後昇温速度
30℃/hrで700℃から900℃まで加熱し、この温度にて10
時間保持し、昇温速度30℃/hrで900℃から1000℃まで加
熱し、この温度で10時間保持して脱炭素、脱塩化アンモ
ニウム処理、脱水縮合反応の促進処理を行なった。
この後、炉内にHeガスを流しながら昇温速度30℃/hr
で1250℃まで加熱し、この温度で2時間保持して閉孔化
処理を行なった。
その後、昇温速度60℃/hrで1400℃まで加熱し、この
温度で1時間保持したところ無孔化し、歩留り100%で
透明ガラス体が得られた。
このガラス体の諸物性分折の結果は全て石英ガラスの
ものと一致した。
ここで得られた石英ガラスの両面を研磨し150×150×
2〔mm〕の石英ガラス板とした。
本実施例により作製した石英ガラス板中には、気泡な
どの異物がなく極めて高品質であった。また、紫外、可
視域での分光特性も、フラットであり、IC製造に用いら
れるフォトマスク基板として使用可能な品質であった。
〔発明の効果〕
このようにして本発明により製造されるガラスは、ア
ルキルシリケートの塩基性触媒下での加水分解反応生成
物であるシリカ微粒子が分散した溶液と、アルキルシリ
ケートの酸性触媒による加水分解反応溶液とを所定割合
にて混合し調製した高純度なゾルをゲル化させてウェッ
トゲルを作製し該ウェットゲルを乾燥して多孔性のドラ
イゲルとした後焼結し透明ガラスとするため、金属イオ
ン等の不純物、結晶、気泡、不定形状の異物の極めて少
ない高品質のガラスが作製でき、ゴミ、異物等の混入を
防ぐ手段、およびそれらを取り除く手段を併用すること
により、前記の極めて高品質のガラスを安定して高歩留
りにて製造することができる。またAl,Ti,Ge,Na,Ca,Mg,
Li,Teなどの諸元素を、ゾル調製時に添加することによ
り、種々の組成の多成分系で高品質なガラスの製造も容
易である。即ち、本発明によれば、1)高純度であるこ
と、2)内部結晶が無いこと、3)ガラス内部に気泡が
無いこと、4)不定形状の異物が無いこと、5)大型で
あること、を満たす高品質なガラスを提供することが可
能となるという効果を有するものであります。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北林 宏仁 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−215532(JP,A) 特開 昭59−213638(JP,A) 特開 昭61−58818(JP,A) 特開 昭60−86037(JP,A) 特開 昭61−26521(JP,A) 特開 昭60−264335(JP,A) 特開 昭61−40825(JP,A) 特開 昭60−46933(JP,A) 特開 昭60−90834(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルキルシリケートを主原料とするゾル−
    ゲル法によるガラスの製造方法において、 アルキルシリケートを塩基性触媒により加水分解させて
    得られる第1シリカ成分が分散した第1溶液と、アルキ
    ルシリケートを酸性触媒により加水分解させて得られる
    第2シリカ成分を有する第2溶液と、を所定割合にて混
    合して調製したゾルをゲル化させてウェットゲルを作成
    する第1工程と、 前記ウェットゲルを乾燥してドライゲルを作成する第2
    工程と、 前記ドライゲルを焼結して透明ガラス体を作成する第3
    工程と、を有し、 前記第1工程が以下の条件を全て満たしていることを特
    徴とするガラスの製造方法。 a) 前記第1溶液中の第1シリカ成分は、0.05g/ml以
    上であること。 b) 前記第1溶液と前記第2溶液とを、各溶液中のシ
    リコン比で、20:80〜95:5の範囲の割合で混合するこ
    と。 c) 前記ゾル中の有効シリカ成分は、0.10g/ml以上で
    あること。 d) 前記ゾルのPH値を3以上の所定の値に調整した後
    にゲル化させること。 e) 前記第1溶液及び前記第2溶液の原料を蒸留によ
    り精製すること。 f) 前記ゾルを孔径100μm以下のフィルターにて少
    なくとも1回はろ過する。 g) 前記第1溶液の作成、前記第2溶液の作成及び前
    記ゾルの調整を清浄度クラス100以下の雰囲気で行なう
    こと。 h) 前記ゾルに対して50〜10000Gの遠心力を与えてそ
    の上澄液を用いるか、または前記ゾルに対してゲル化前
    の工程中に少なくとも1回は減圧処理を施すこと。
  2. 【請求項2】前記第2工程において、以下の条件を少な
    くとも1つは有することを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載のガラスの製造方法。 a) 10%以下の開孔率をもった容器中で行なうこと。 b) 減率乾燥期の初期あるいは、恒率乾燥期の末期に
    乾燥容器の開孔率を小さくすること c) 乾燥容器の前記ゾルとの接触面を疎水性の材質あ
    るいは、ゾルの表面張力より小さい臨界表面張力である
    材質とすること。 d) 乾燥容器の前記ゾルとの接触面が平滑であるこ
    と。 e) 室温から昇温速度120℃/hr以下で40−160℃の範
    囲の温度まで昇温し行なうこと。
  3. 【請求項3】前記第2工程の少なくとも一部が40−160
    ℃の範囲の一定温度温度に保持されることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載のガラスの製造方法。
  4. 【請求項4】前記第2工程において一定温度に保持した
    後、減率乾燥期の初期あるいは、恒率乾燥期の初期に3
    −30℃降温し、しかる後に一定温度に保持することを特
    徴とする特許請求の範囲第3項記載のガラスの製造方
    法。
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